惠州粒子加速器新突破！揭秘宇宙奥秘
惠州粒子加速器新突破！揭秘宇宙奥秘
在科幻小说《三体》中，粒子加速器被设定为影响地球文明进程的重要工具。而在现实中，广东省惠州市正在建造一台世界最先进的强流重离子加速器（HIAF），预计于2025年建成。这一重大科学设施的建立，将为基础科学的研究提供强有力的支持。
项目概况与建设进展
惠州的黄埠镇，地理位置优越，地质稳定，适合建设大型科学装置。亚热带气流的影响，使得这里的气候湿润，植被茂盛，非常适合科研设施的运作。这两大科学装置，包括强流重离子加速器（HIAF）和加速器驱动嬗变研究装置（CiADS），是“十二五”国家重大科技基础设施，总投资约68亿元。HIAF将成为国际上低能连续束流和高能脉冲束流强度最高的重离子加速器，CiADS则是国际上第一个兆瓦级的ADS研究装置。
目前，HIAF项目主体建筑已完工，以红色为主基调的建筑群非常醒目。不少工人在完善配套设施建设，工程车一辆接一辆穿梭往来。进入HIAF主体设备位于地下12米深处的隧道中，工人们正在安装科研设备，科研人员仔细检测相关设备，以保障运行后束流的正常。HIAF工程师王儒亮介绍，HIAF土建施工基本完成，目前主要是在做室外工程的收尾工作。工艺设备安装完成了约90%，现在主要集中开展各系统间工艺设备的测试调试工作。
技术特点与研究应用
HIAF采用超导离子直线加速器和环形同步加速器相结合，是多用途的重离子科学研究装置。依托HIAF，有可能在元素合成、宇宙起源、物质演化等基础物理研究方面取得重大发现。HIAF建成后，它的脉冲流强将是国际上最强的，科学家可以利用重离子束流以接近光速的速度做实验。比如，目前的元素周期表最后一个元素已经排到118号，包括118号在内位于元素周期表末端的一些元素，基本上都是通过加速器人工合成的。这种人工合成的新元素也可以说是新物质，虽然寿命很短，但它是国际最前沿的科学研究，可以拓展人类知识，有助于研究宇宙的起源和形成，在基础科学研究领域具有非常重要的意义。
在HIAF的隧道中，记者来到一片源头区域。工作人员介绍，就是从这里产生粒子，然后加速的。王儒亮进一步解释，在加速器主体设备中，离子源将为BRing提供多种注入离子。其产生的粒子束通过超导直线预加速以后，将注入到BRing环形加速器中，BRing将重离子束流累积到实验所需要的高流强，并采用磁合金高频系统将累积储存的重离子束流加速至所需要的能量。
以此为基础，HIAF可以做很多研究。比如，着眼于国家重大需求，它可以解决航天方面的重要试验。胡正国介绍，宇宙中的射线主要是质子和重离子，一个高能量的重离子打到航天器电子元件或芯片上，就可能把它打坏。如何做好防护？这就需要在地面通过重离子加速器做模拟试验，以确保有关设施设备在太空的安全性。
科技战略意义与未来展望
核物理学科一直处于物质科学研究的前沿，对前述任何重大科学问题的解答将从根本上改进人类对物质世界和宇宙演化的理解，是对人类文明的重大贡献，同时也将发现新的原理、产生新的技术、带来重要的发明创造和应用。这些新原理、新技术、发明创造和重要应用在国防、能源、航空航天、医疗、交叉学科和经济社会发展等领域发挥重要的推动作用，甚至引发工业革命，体现了国家重大战略需求。
回顾核科学发展历史，可以看到有很多变革性的技术产生和应用，例如：裂变与聚变核反应在裂变反应堆和聚变反应堆核能源领域中的应用，以及在原子弹和氢弹等核武器中的应用；等离子体推进技术在火箭与卫星中的应用；人工合成放射性同位素在核材料和核电池等方面的应用；人工合成放射性同位素和粒子加速器在肿瘤诊疗核医学领域的应用；由核探测技术与粒子加速器技术衍生发展起来的X射线光机、计算机断层扫描(CT)、正电子断层扫描(PET)、核磁共振(NMR)、磁共振成像(MRI)等在核医学成像中的应用；离子注入在半导体掺杂和激光等离子体在光刻机等微电子领域中的应用；粒子束和辐射技术在海关集装箱检测、安全检查、食品保鲜、细菌病毒消杀、材料改性、污水与烟尘处理等领域的应用。毫无疑问，这些新原理、新技术和重要应用在人类的生存与发展以及国家安全等方面发挥了重大作用，不但体现了国家战略需求，甚至改变了人类的生活范式。用于核物理基础研究的粒子加速器大科学装置，对精密机械、超高真空、超导磁体、低温制冷技术、大功率微波技术、束流测控技术、高速电子学、大规模准直处理技术、高分辨成像与探测技术等均有重要的引领和推动作用，这些技术也会应用到经济社会发展的各个方面。所以，核科学与核技术在国家核心利益中的地位愈发显著，已成为大国必争的科技战略高地，一直是国际竞争的最前沿。美俄欧日从未停止对此领域的持续投入和支持。
惠州的强流重离子加速器不仅是科技创新的象征，更将为基础科学的研究和各行业的发展注入新的活力。随着这项设施的建成，预计将推动更广泛的科学探索和应用,进一步促进区域经济与科技的融合发展。